Si todo movimiento es relativo, ¿cómo es que la luz tiene una velocidad finita?

Question

A menudo he oído que Einstein hizo añicos la noción de absoluto de movimiento (es decir, todas las cosas se mueven uno respecto al otro) y que estableció la velocidad de la luz como el ser absoluto. Que suena paradójico para mí; no puedo entender cómo los dos conceptos pueden ser reconciliados.

Antes de continuar, me gustaría decir: 1) a Través de los años, he visto muchas otras explicaciones sobre estos temas (incluyendo el bonito vídeo de YouTube por Vsauce, Sería Faros de Trabajo en la Velocidad de la Luz?). Entiendo todo lo que dice (o, al menos, creo yo). Nada he encontrado que parece hacer frente a esta aparente contradicción. 2) Más recientemente, he tratado de encontrar la respuesta por mi cuenta. Que incluye la búsqueda de los mensajes en este sitio. Algunos se acercan (como este), pero nada de lo que yo he sido capaz de encontrar parece abordar específicamente lo que te estoy preguntando.

De vuelta a la pregunta: La relatividad nos muestra que no hay un marco de referencia para juzgar el movimiento, por lo que Un objeto puede tener en cuenta como se mueve a 10 m/s relativa al objeto B o como estacionario con respecto al objeto C. Esto está bien para mí. Puedo entender que el universo no tiene intrínseca del sistema de coordenadas, que sólo pensamos en que en la Tierra porque tenemos el suelo se mueva más.

Entonces la velocidad de la luz (en el vacío). La velocidad de la luz es el último "límite de velocidad" se dice a menudo. Pero si no hay un marco de referencia, cómo puede haber tal velocidad? La idea sólo tienen sentido si no hay una estructura universal.

• Si un objeto está en movimiento (uniforme) en el 60% de c y otro objeto también se mueve a 60% de c, pero en el opuesto exacto directa, a continuación, desde la perspectiva de cada uno (si todavía podían verse unos a otros) y la otra, parecen violar los que el límite de velocidad.
• Todos estos espacio-tiempo curvado consecuencias utilizado para explicar por qué nada puede moverse más allá de esta velocidad sólo parece consagrar el concepto de que hay algunos máxima velocidad estándar.
• Si sólo hay relativa de la velocidad, entonces el concepto de luz con una determinada velocidad en el vacío debe ser un absurdo, ya que tiene la velocidad (x m/s) sólo tendría sentido cuando se mide contra de algunas otras partes del cuerpo.

Desde que era muy joven, siempre ha sonado a mí me gusta el movimiento es sólo de mayoría relativa, que hasta que se acerca a la velocidad de la luz, los efectos de una absoluta marco de referencia son insignificantes. Tal vez que hay un verdadero tejido del espacio que todo lo que se mueve en relación a, por lo que hay algo para expandir entre las galaxias (más rápido que la luz puede propagarse a) en la expansión métrica del espacio. Crecer, yo siempre pensé que esto acaba de empezar hace sentido con el tiempo. Ahora estoy en el primer año (la universidad), el nivel en física, incluso sé básicas de cálculo, sin embargo, todavía estoy irremediablemente confundidos.

EDITAR:
Gracias a quien sugirió que esto puede ser un duplicado de Lo que es la velocidad de la luz relativa a?. Y otras que están muy relacionadas y, al menos parcialmente, la respuesta a mi pregunta. Por desgracia, explicando que las distancias se acortan y el tiempo se vuelve más lento, como una manera de dejar de superación de la velocidad de la luz no explican cómo que la velocidad no es un absoluto.

A mi juicio, si toda la velocidad es relativa, entonces no importa lo rápido que se vaya la luz siempre debe de carrera lejos de usted en la misma velocidad aparente. I. e. no debe haber ningún límite de velocidad. Para que exista una velocidad que no se puede exceder o la captura de arriba (y hacer que el tiempo irrelevante) requiere el concepto mismo de algunos de velocidad externo por el que la luz puede viajar y nada puede llegar a tanto mi paradoja lógica continúa sin cesar.

Answer 1

Parece que tu confusión viene de la toma de la paráfrasis como "todo es relativo" demasiado literalmente. Además, esto no es muy precisa. Así que permítanme tratar la presentación de esta otra forma:

La naturaleza no le importa cómo nos etiqueta de puntos en el espacio-tiempo. Coordenadas no tiene automáticamente algunos de los verdaderos "física" de significado. Vamos en lugar de centrarse en lo que no dependen de sistemas de coordenadas: estos son geométricos hechos o invariantes. Por ejemplo, nuestro espacio-tiempo es de 4 dimensiones. También hay cosas que podemos calcular, como el invariante de la longitud de un camino en el espacio-tiempo, o los ángulos entre los vectores. Resulta que nuestro espacio-tiempo tiene una de Lorenz de la firma: aproximadamente, lo que significa que una de las dimensiones que actúa de forma diferente que los demás a la hora de calcular la distancia geométrica. Así que no hay completa libertad para hacer "todo" lo relativo. Algunas relaciones son una propiedad de la misma geometría, y son independientes de los sistemas de coordenadas. No puedo encontrar la cita ahora, pero yo recuerdo haber visto una vez una cita donde Einstein deseaba en la reflexión de que, en lugar de la relatividad fue la "teoría de los invariantes" porque esos son lo que importa.

Ahora, resulta que el de Lorenz de la firma impone una estructura en el espacio-tiempo. En niza Cartesiano inercial de coordenadas con unidades naturales, el mantenimiento de la longitud de un camino recto entre dos puntos es:
$ds^2 = - dt^2 + dx^2 + dy^2 + dz^2$

A diferencia de espacio Euclidiano de la firma, este separa los pares de puntos en tres grupos diferentes:
$> 0$, el espacio como separados
$< 0$, el tiempo como separados
$= 0$, "null" la separación, o "luz"

No importa qué sistema de coordenadas que usted elija, usted puede cambiar estos. Ellos no son "relativos". Que son fijadas por la geometría del espacio-tiempo. Esta separación (conos de luz si se la ve como una comparación contra un único punto de referencia), es la estructura causal del espacio-tiempo. Es lo que nos permite hablar de Un evento causando B causando C, de forma independiente de un sistema de coordenadas.

Ahora, volviendo a tu pregunta original, permítanme señalar que la velocidad en sí es un sistema de coordenadas dependientes de concepto. Si usted tuviera un montón de idéntica de los gobernantes y de los relojes, incluso puedes hacer una gigante red de gobernantes y poner los relojes en cada intersección, para tratar de construir una "física", versión de un sistema de coordenadas con las diferencias espaciales de ser leídos directamente de los gobernantes, y las diferencias de tiempo se leen de relojes. Incluso en esta situación idealizada , pero todavía no podemos medir la velocidad de la luz. Por qué? Porque todavía tenemos que especificar una pieza más: ¿cómo remoto relojes están sincronizados. Resulta que el Einstein de la convención es para sincronizar ellos el uso de la velocidad de la luz como una constante. Lo que en este sentido, es una elección ... una selección de sistema de coordenadas. Hay muchos sistemas de coordenadas en el que la velocidad de la luz no es constante, o incluso depende de la dirección.

Así que, ¿que es? Es una definición?
Que no es muy satisfactoria respuesta, y no uno completo. Lo que hace la relatividad de trabajo es el hecho asombroso de que esta elección es aún posible.

La declaración moderna de la teoría especial de la relatividad general es algo como: las leyes de la física de Poincaré simetría (simetría de Lorentz + traducciones + rotaciones).

Es debido a la simetría del espacio-tiempo que nos puede hacer un número infinito de sistemas de inercial que todos están de acuerdo en la velocidad de la luz. Es la estructura del espacio-tiempo, su simetría, que hace de la relatividad especial. Einstein descubrió que esta al revés, postulando que un conjunto de inercia de los marcos de lo posible, y derivado de la transformación de Lorentz de los mismos para determinar la simetría del espacio-tiempo.

Así que, en conclusión:
"Si todo movimiento es relativo, ¿cómo es que la luz tiene una velocidad finita?"
No todo es relativo en SR, y la velocidad de un sistema de coordenadas dependientes de la cantidad puede tener cualquier valor que desee con la adecuada elección del sistema de coordenadas. Si realizamos el diseño de nuestro sistema de coordenadas para describir el espacio isótropa y homogénea y describir el tiempo de manera uniforme para obtener nuestro agradable sistemas inerciales de referencia, la estructura causal del espacio-tiempo requiere la velocidad de la luz para ser isotrópico y finita, y la misma constante en todos los sistemas de coordenadas inerciales.

Answer 2

Primero: las ecuaciones de Maxwell predicen que la velocidad de la luz es absoluta. Toda la motivación para la teoría especial de la relatividad es reconciliar esto con la idea de que todo movimiento es relativo. En otras palabras, usted está preocupado acerca de exactamente la misma cosa que ha preocupado a Einstein. Usted simplemente no han entendido cómo lo resolviste.

La clave de su confusión está justo aquí:

Si un objeto está en movimiento (uniforme) en el 60% de c y otro objeto también se mueve a 60% de c, pero en el opuesto exacto directa, a continuación, desde la perspectiva de cada uno (si todavía podían verse unos a otros) y la otra, parecen violar los que el límite de velocidad.

Esto no es cierto. De hecho, desde la perspectiva de uno, el otro se aleja a una velocidad de alrededor de $.88c$. Por supuesto que, de pie en el suelo, le dicen que ellos se están alejando unas de otras en $1.2c$. Esto es posible porque los observadores en movimiento relativo el uno al otro van a estar en desacuerdo acerca de cosas como la distancia entre dos eventos y el tiempo entre los eventos de --- y por lo tanto van a estar en desacuerdo acerca de la velocidad con la que las cosas se están moviendo lejos el uno del otro. La relatividad especial que le dice exactamente cómo calcular los desacuerdos.

Answer 3

A mi juicio, si toda la velocidad es relativa, entonces no importa lo rápido que vaya la luz siempre debe de carrera lejos de usted en la misma velocidad aparente. I. e. no debe haber ningún límite de velocidad.

Si un invariante de la velocidad de $c$ existe, entonces, si una entidad tiene la velocidad de $c$ relativo a un marco de referencia inercial (IRF), la entidad tiene la velocidad de $c$ en relación a todos los IRFs.

Eso es lo que significa que para que haya un invariante de la velocidad.

Ahora, si lo pensamos un poco, se deduce que una entidad con velocidad inferior (o superior) $c$ en un FIC, no puede tener la velocidad de $c$ en cualquier FIC.

Por lo tanto $c$ es una limitante de la velocidad en este sentido: la entidades han velocidad $c$ en todos los IRFs o un FIC existe en las que la entidad tiene una velocidad que es arbitrariamente cerca de a $c$.

Para leer más, recomiendo este papel, Nada, pero de la Relatividad de einstein, en las que se demuestra que, suponiendo sólo el principio de la relatividad, la más general de transformación de coordenadas implica un invariante de la velocidad.

Deducimos que el caso más general, el espacio-tiempo, las leyes de transformación consistente con el principio de la relatividad. Por lo tanto, nuestro resultado contiene el los resultados de ambos Galileo y Einsteinian de la relatividad de einstein. La velocidad además de la ley se presenta como un bi-producto de este análisis. También argumentan por qué Galileo y Einsteinian versiones son la única posibilidad de la materialización de el principio de la relatividad.

Answer 4

Es un hecho experimental que la luz se mueve a la misma velocidad en cada marco de referencia, sin importar la teoría subyacente: ver el experimento de Michelson y Morley. Cada cinemática y dinámica la cantidad depende del marco de referencia, excepto la velocidad de la luz, que es la misma para todos los observadores.

Además el resultado experimental hay algo más profundo que viene desde el principio de la acción a distancia. Todas las interacciones presentes en el universo no se propagan de forma instantánea, es decir, si pasa algo en algún lugar se toma un tiempo para un observador situado en otro lugar para detectar sus consecuencias, y esto es una verdad como una cuestión de hecho. Por ejemplo, si usted toma un pequeño imán de la generación de un campo magnético y moverla de su posición inicial va a tomar algún tiempo para un observador que se encuentra muy lejos para detectar el cambio en el campo magnético generado. Dicho esto, como consecuencia, debemos asumir que no es de alguna manera una velocidad según la cual las interacciones propagar (no importa lo que su naturaleza es) y también esta velocidad debe ser un límite superior para cada evento en el universo, de lo contrario dichos eventos sucederán antes de que realmente se puede propagar y esto podría obstruir la hipótesis inicial de que se debe propagar en primer lugar, para ser detectado. En otras palabras, si hay una velocidad de "propagación" de la acción a distancia, a continuación, esta velocidad debe ser un límite superior; además, no deben depender de que el marco de referencia, de lo contrario no sería, por definición, la velocidad de propagación.

Una vez que usted entienda que este límite de velocidad debe existir es fácil de introducir en las ecuaciones: usted tiene para nada pero el postulado de que el mismo evento se propaga con la parte superior del límite de velocidad en cualquier marco de referencia, es decir, que terminan con $$ c^2t^2-x^2-y^2-z^2=c^2t'^2-x^2-y'^2-z^2 $$ donde todo en el lado derecho se prepara a excepción de la parte superior de la velocidad de $c$. Este es el punto de partida de la teoría especial de la relatividad.

Que esta velocidad es accidentalmente de la velocidad de la luz es demostrado experimentalmente. Un buen tutorial está dada por Landau & Lifschitz en sus libros de texto en la clásica teoría de campo; sin embargo, puede ser interesante echar un vistazo a la original en papel por Einstein (aunque me parece mal escrito).

Answer 5

A mi juicio, si toda la velocidad es relativa, entonces no importa lo rápido que se vaya la luz siempre debe de carrera lejos de usted en la misma velocidad aparente.

Es lo que hace. Esa es la poco inteligente! No importa dónde estés o qué tan rápido va, siempre obtendrá la misma medida de 3*10^8 metros por segundo para la velocidad de la luz (en vacumn) como todos los demás.

Por supuesto, para que esto sea cierto, entonces lo que usted consigue cuando usted mide un metro o un segundo debe cambiar a medida que los cambios de velocidad. Esto es lo que quieren decir cuando dicen que "el tiempo se ralentiza' como usted consigue más rápido y también explica por qué nada de lo que tiene masa puede alcanzar la velocidad de la luz. (Los medios masivos dimensión que tendría que convertirse en infinito para que la luz todavía se mide en 'c' en relación a la masa y que no puede suceder).